元宇宙专题报告:进击的算力_蓬勃的应用.docx
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1、元宇宙专题报告:进击的算力_蓬勃的应用1 元宇宙对计算机行业影响以史为鉴:每一轮互联网革命会带动 IT 产业扩容与创新元宇宙是下一代互联网的终极形态,有望带动新一轮创新周期。元宇宙是平行于现实世界的虚拟世界,是下一代互联网(互联网 3.0)终极形态。互联网发展至今主要经历了PC 互联网以及移动互联网两次互联网革命,未来随着元宇宙的不断发展有望催生第三次互联网革命。从历史上看过往每一轮互联网革命都将带来新一轮的 IT 技术红利释放,进而带动 IT 产业进入新一轮创新周期诞生出新的巨头。过往每一轮互联网革命在带动 IT 产业全面扩容的同时,催生新一轮创新诞生出新的巨头。PC 互联网(互联网 1.0
2、):80 年代中期现代 Internet 的前身 NSFNET 的广域网建立,正式开启 PC 互联网时代。PC 互联网解决人与人,人与内容的链接,催生出消费互联网创新周期,诞生出英特尔、微软、亚马逊、阿里巴巴等一批巨头。移动互联网(互联网 2.0):2007 年以第一代 iPhone 发布为标志,移动互联网革命逐渐开启,移动互联网在进一步扩大链接数量的同时,增强了互动属性,催生出移动应用创新周期,诞生出亚马逊、苹果、Google 头条、FaceBook 等巨头。元宇宙(互联网 3.0):2021 年元宇宙提供沉浸式的体验,有望带动新一轮创新周期开启,现阶段元宇宙发展还处于雏形阶段,未来谁是元宇
3、宙时代技术红利的最大受益者还有待观察。扩容与创新是每一轮互联网革命的共性。每一轮互联网革命都伴随基础设施层的变革,随着基础设施层核心要素完备创新周期逐渐开启,随着新兴需求与场景不断发展带动对基础设施资源的需求,底层资源规模效应带动成本降低进一步推动科技创新,逐渐形成正向循环,新的场景与需求不断涌现,最终技术红利消退整个行业静待下一轮互联网革命的到来。基础设施层面与应用层往往是技术红利的最大的受益者。基础设施是整个互联网革命的基座享受整个行业扩容带来的红利;应用层是创新增量主要来源,新时代的巨头往往由新技术应用催生而出。基础设施是元宇宙时代最确定的受益方向。基础设施是整个互联网革命基础,享受互联
4、网革命带来市场扩容的整体红利。从历史上看芯片和操作系统是整个基础设施的核心,也是最受益的环节。每一轮互联网革命都意味着新一代基础设施的崛起,PC 时代是Wintel 联盟,诞生了千亿美金的英特尔与微软,移动互联网时代 AA 联盟,诞生出万亿美金的苹果与谷歌,元宇宙时代对底层资源需求更加庞大,或将催生出十万亿美金级别的新巨头。2 基础设施:沉浸式体验驱动云与 GPU 需求爆发聚焦元宇宙时代,当前计算机行业各主要受益环节均已有相关公司积极开展布局。具体来看,海外公司中,Facebook、Roblox 均采取垂直一体化布局方式;而在各细分领域,从最底层的芯片、服务器、IDC、云厂商再到应用层的区块链
5、与数字孪生,国内亦不乏参与者,相关产业链如下。2 基础设施:沉浸式体验驱动云与 GPU 需求爆发每一轮新应用爆发周期都会带动对海量底层资源的需求,海量需求带动底层变革降低 IT成本反哺新应用创新形成正向循环直至到了阈值。依据我们前文的逻辑,在元宇宙生态下,二维升级至三维或将带来十倍甚至更高量级的基础资源需求。从元宇宙架构来看,IT 技术中,云计算、芯片(GPU 方向)是核心资源支撑,是底层技术支持。我们判断其是 IT 技术在元宇宙最确定受益的方向。云计算:最优基础支撑平台云计算提供海量低成本基础资源。云计算具备分布式网络连接、ICT 资源共享、快速、按需、弹动态拓展等特性,基于其对资源利用的规
6、模效应和更高的利用率,是单位成本最低资源利用效率最高的计算资源平台。我们认为主要受益于以下因素:1)基础设施规模效应带来的批量硬件设备低成本采购;2)云趋势下绿色数据中心能源效率(PUE)的下降,带来成本的节约;3)虚拟化等技术带来的业务弹性扩张极大的提升资源利用率;4)扩张过程中其他配套成本如容灾、建设、维护和人员成本等。参考亚马逊首席执行官贝索斯提出的“贝索斯定律”,“每隔 3 年云计算单位计算能力的价格将下降 50%”,从 AWS 历史来看,整体而言,其云服务连续多年持续降价,参考亚马逊云服务部门信息,截至 2019 年,其 AWS 云服务已经降价 70 次。云计算降低使用成本(开发+运
7、维)。在基础设施层面,云计算在成本、稳定、安全和效率层面远超传统 IT。依据阿里巴巴 2019 上海云栖大会数据,上云后综合成本下降一半,效率是以前的 3 倍,稳定性也有 10 倍以上的提升,安全性更是提升了 50 倍。阿里云智能总裁张建锋在 2019 年阿里云峰会上提出“过去 5 年间,核心基础产品价格累计降低66%”。总量提升:元宇宙有望提升云计算需求元宇宙将驱动中国云计算产业景气度提升。根据 IDC 预测数据,中国元宇宙相关 IT 支出 20212025 年 CAGR 为 20.2%,在 2025 年达到 2001.12 亿美元。从占比来看,发展至 2025 年,云计算占总支出或超过 4
8、0%。我国云计算市场高速增长,驱动力主要包括:1)政策支持,如国家大力提倡的新基建等新经济政策;2)软硬件技术成熟,如虚拟化技术、容器技术、分布式计算等;3)资源复用等因素带来的低成本优势;4)方便弹性易用的用户使用模式等。国内外多个元宇宙核心厂商积极布局云平台。其中典型的原本非云厂商在模式上向云切入,如 NVIDIA Omniverse 平台,是云端图形设计与计算平台,将元宇宙的概念用于开发端;Epic Cloudgine 平台:为虚幻引擎提供面向元宇宙中海量实时交互式内容的云计算能力。结构变化:计算资源或弹性更大相比于传统的互联网应用场景,元宇宙中三维立体、超写实数字人等均是必备的选项,三
9、维建模、图新渲染等成为基础好通用级技术,大量的元宇宙世界主体带来海量建模和渲染需求。英伟达推出 NVIDIA Omniverse 平台,NVIDIA Omniverse 平台,是基于 Pixar 通用场景描述和 NVIDIA RTX 的多 GPU 实时模拟和协作平台,性能强大,专用于处理 3D 制作流程,Omniverse 平台充当枢纽的角色,使新功能作为微服务微服务开放给所有连接的客户端和应用。在 2021 年 4 月英伟达发布会上,有 15 秒镜头是“虚拟黄仁勋”,为实现这 15 秒仿真场景,英伟达背后做了大量工作,包括并不仅限于厨房场景拍摄数百张照片、3D 建模、利用数百个单反相机对黄仁
10、勋进行数千张照片拍摄实现 3D 扫描、面部表情、皮肤纹理、灯光处理等等。AI 和区块链同样是元宇宙市场中重要的基础性技术,相比于网络和存储,其同样对算力有着更高的需求。以区块链重要应用比特币历史发展情况作为参考,在比特币市场中,算力(也称哈希率)是衡量在一定的网络消耗下生成新块的单位的总计算能力,随着比特币市场的繁荣发展,其对应的算力不断飙升。传统 IaaS+PaaS 巨头,与垂直一体化新晋厂商有望成为最大受益者构建 IaaS+PaaS 一体化服务,竞争优势显著。巨头的游戏:IaaS 的重资产属性决定了具备强大资金实力、长期运营与技术经验积累的公司才能胜出,一旦巨头建立其优势,通过价格、性能、
11、服务等建立起较高的护城河,马太效应将更加明显。公有云 IaaS 具体纷纷借助平台和技术优势向上切入 PaaS 市场,提供 IaaS+PaaS 一体化服务构建生态,进一步抬高自身壁垒。依据中国信通院统计数据,2020 年中国 PaaS 市场规模为103 亿元,从竞争格局来看,阿里云、腾讯云、百度云与华为云位于 PaaS 前列,基本以上厂商也均为中国 IaaS 市场领军厂商。我们认为原有云巨头 IaaS+PaaS 一体化服务构建的生态优势或将依然在元宇宙时代占有举足轻重的地位,此外如 Roblox 等垂直一体化巨头有望凭借先发优势抢占大量增量市场。A 股投资机遇:关注云计算上游云计算既是技术群落的
12、总称,也是 IT 服务的交付模式的总称,由此衍生出庞大的云计算产业生态。云计算产业链从底层到上层,大致可分为云计算设备制造、基础设施即服务(IaaS)/平台即服务(PaaS)/软件即服务(SaaS)和终端用户。GPU:算力时代核心底座GPU,指 Graphics Processing Unit,图形处理器,进行图形和图像相关运算工作的微处理器。在该产品基础上,衍生出 GPGPU,即 General Purpose Graphics ProcessingUnit,在图形处理器 GPU 的基础上进行改造,使之可以进行部分科学计算和 AI 计算等的处理器。GPU 概念自 20 世纪 70 年代末提出
13、,其角色变换从最早分担 CPU 压力的附属硬件,到由于能承担大规模运算而逐渐被人们重视。历史上,由于摩尔定律,使得 CPU 处理器的性能可以满足应用软件不断升级的需求。但近几年半导体技术改进达到了物理极限,电路越来越复杂。2016 年 3 月 24 日,英特尔宣布正式停用“Tick-Tock”处理器研发模式,未来研发周期将从两年周期向三年期转变。至此,摩尔定律对英特尔几近失效。随着互联网用户和各类网络应用的快速增长,数据体量的急剧膨胀,数据中心对计算的需求也在迅猛上涨。诸如深度学习在线预测、直播中的视频转码、图片压缩解压缩以及HTTPS 加密等各类应用对计算的需求已远远超出了传统 CPU 处理
14、器的能力所及。一方面处理器性能再无法按照摩尔定律进行增长,另一方面数据增长对计算性能要求超过了按“摩尔定律”增长的速度。CPU 处理器本身无法满足计算性能需求,导致需求和性能之间出现了缺口。解决方法是通过硬件加速,采用专用协处理器的异构计算方式来提升处理性能。当前主要兴起的计算芯片分别为 GPU、ASIC、FPGA 等,其中 GPU 最初专用于图形处理制作,后逐渐应用于计算,适合执行复杂的数学和几何计算,尤其是并行计算。通用性较高,相比 CPU,性能更好,当前缺点在于功耗效率依然不高。GPU 是元宇宙核心计算资源底座虽然提供各类计算资源的芯片种类众多,但 GPU 依然是市场的最为主要的支撑点。
15、以在 AI 市场的应用为例,IDC 研究发现,2021 年上半年中国人工智能芯片中,GPU 依然是实现数据中心加速的首选,占有 90% 以上的市场份额,而 ASIC、FPGA、NPU等其他非 GPU 芯片也在各个行业和领域被越来越多地采用,整体市场份额接近 10%。我们认为,当前全社会对算力需求不断提升,GPU 是支撑众多领域科技行业发展的底层核心,对应到元宇宙时代,其同样为核心计算资源底座。GPU 的市场空间广阔,正稳健增长。依据 T4 的统计数据,2020 年全球 GPU 市场规模价值 200 亿美元,预计 2021 年将增长 15%,从 2015 年到 2025 年平均每年增长 13%,
16、从 80 亿美元扩大到 350 亿美元。而依据 Allied Market Research 预测,2019 年全球GPU 市场规模为 197.5 亿美元,预计到 2027 年将达到 2008.5 亿美元,2020 年至2027 年的复合年增长率为 33.6%,对比来看 Allied Market Research 对 GPU 市场空间更为乐观。多方需求驱动 GPU 市场持续增长。在应用层面:内容变得越来越丰富,要求越来越高,分辨率越来越高,VR / AR 继续快速发展,同时,GPU 正在以新的方式用于机器学习和自动驾驶领域。全球格局:国际巨头垄断,中国厂商追赶全球 GPU 市场中,基本被 N
17、vidia、Intel 和 AMD 三家垄断,近年来英伟达市占率正逐渐追赶。以 2021 年 Q3 数据来看,Nvidia、Intel 和 AMD 三家分别占市场份额为 20%、62%和 18%,Intel 凭借其集成显卡在桌面端的优势占据最大的市场份额,而 Nvidia 正凭借其独显优势在市场中追赶。独显市场中,Nvidia 在巩固优势。依据 GPU 行业调研机构 Jon Peddie Research(JPR)发布的报告,2021 年第二季度,全球独立显卡市场销售额达 118 亿美元,同比增幅达到 179,呈现爆发增长态势。2020 年整个独立显卡市场总价值为 290 亿美元,预计到 20
18、23 年,整个市场将达 441 亿美元。不同于整体市场,在独显市场中,Nvidia 与AMD 双雄垄断市场,其 2021 年 Q2 市占率分别约为 83%和 17%,可以看到近年来Nvidia 不断巩固自己的优势,其独立显卡市占率呈提升趋势。全球市场来看,GPU 按分类方式不同,有不同类型参与厂商。按接入方式可以分为独立GPU 和集成 GPU,按应用市场可简单分为 PC GPU、服务器 GPU(包含 AIGPU)和移动 GPU,从厂商维度,可以分为 GPU IP 厂商、GPU 研发设计厂商、GPU IDM 厂商等。整体上,全球市场被国际厂商垄断和引领,受益于国产化政策和下游需求高景气,国内厂商
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